RU2298768C1 - Method for measuring liquid volume discharge in pressure pipelines - Google Patents

Method for measuring liquid volume discharge in pressure pipelines Download PDF

Info

Publication number
RU2298768C1
RU2298768C1 RU2005136467/28A RU2005136467A RU2298768C1 RU 2298768 C1 RU2298768 C1 RU 2298768C1 RU 2005136467/28 A RU2005136467/28 A RU 2005136467/28A RU 2005136467 A RU2005136467 A RU 2005136467A RU 2298768 C1 RU2298768 C1 RU 2298768C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pipeline
flow
measuring
cross
section
Prior art date
Application number
RU2005136467/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вилорий Михайлович Клабуков (RU)
Вилорий Михайлович Клабуков
Олег Дмитриевич Рубин (RU)
Олег Дмитриевич Рубин
Роман Васильевич Булыгин (RU)
Роман Васильевич Булыгин
Ираида Павловна Помазуева (RU)
Ираида Павловна Помазуева
Наталь Владимировна Розанова (RU)
Наталья Владимировна Розанова
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Центр сооружений, конструкций технологий в энергетике"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Центр сооружений, конструкций технологий в энергетике" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Центр сооружений, конструкций технологий в энергетике"
Priority to RU2005136467/28A priority Critical patent/RU2298768C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2298768C1 publication Critical patent/RU2298768C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measurement technology.
SUBSTANCE: method involves determining liquid discharge rate in axially symmetric flow cases by emitting ultrasonic impulses produced by acoustic converters through the pipeline cross-section center at given angle to flow movement direction and in the opposite direction, measuring impulses passage time in both directions, calculating average flow speed and measuring pipeline diameter in cross-section plane drawn through intersection point of the pipeline axis and impulses propagation ray. Two pairs of acoustic converters are used in axially asymmetric flow cases for determining liquid discharge, with ultrasonic impulses being emitted in mutually perpendicular planes.
EFFECT: high accuracy of measurements.
2 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к способам измерения расхода жидкости в напорных трубопроводах с осесимметричным и не осессимметричным потоками.The invention relates to methods for measuring fluid flow in pressure pipelines with axisymmetric and non-axisymmetric flows.

Известен способ определения объемного расхода жидкости в гидравлических установках, заключающийся в измерении параметров потока жидкости с помощью формирования акустического луча между двумя акустическими преобразователями и определении объемного расхода жидкости на основании измеренных параметров (патент РФ №2201579, кл. G 01 F 1/66, 2003 [1]).There is a method of determining the volumetric flow rate of a fluid in a hydraulic installation, which consists in measuring the parameters of a fluid flow by forming an acoustic beam between two acoustic transducers and determining a volumetric flow rate of a fluid based on the measured parameters (RF patent No. 2201579, class G 01 F 1/66, 2003 [one]).

Недостатком известного способа [1] является ограниченное его использование, в частности, данный способ может быть реализован в гидравлических установках со спиральными камерами и размещенными в них статорными колонками.A disadvantage of the known method [1] is its limited use, in particular, this method can be implemented in hydraulic installations with spiral chambers and stator columns placed in them.

Известен из патента РФ №2112928, кл. G 01 F 1/66, 1998 [2] способ измерения расхода текущих жидкостей, включающий определение средней скорости, вычисление величины расхода с использованием ультразвуковых импульсов, излучаемых под углом к направлению движения потока и против него.Known from the patent of the Russian Federation No. 2112928, class. G 01 F 1/66, 1998 [2] a method for measuring the flow rate of flowing liquids, comprising determining the average velocity, calculating the flow rate using ultrasonic pulses radiated at an angle to and against the direction of flow.

Известен из патента РФ №2069314, кл. G 01 F 1/66, 1996 [3], включающий излучение ультразвукового сигнала под углом к направлению движения потока жидкости и против этого направления, измерение времени прохождения ультразвукового сигнала, вычисление средней скорости потока жидкости, вычисление расхода жидкости.Known from the patent of the Russian Federation No. 2069314, class. G 01 F 1/66, 1996 [3], which includes emitting an ultrasonic signal at an angle to and against the direction of fluid flow, measuring the transit time of the ultrasonic signal, calculating the average velocity of the fluid flow, and calculating the fluid flow.

Общим недостатком известных из [2] и [3] способов является недостаточно высокая точность измерения и низкая универсальность из-за невозможности использования в напорных трубопроводах.A common drawback of the methods known from [2] and [3] is the insufficiently high measurement accuracy and low versatility due to the inability to use in pressure pipelines.

Техническим результатом, который достигается при использовании изобретения является, повышение точности измерения расхода потока жидкости и расширение технологических возможностей за счет обеспечения измерений параметров потока жидкости, протекающего в напорных трубопроводах сложной конфигурации, с переменным поперечным сечением и с осесимметричным и не осессимметричным потоками.The technical result that is achieved by using the invention is to increase the accuracy of measuring the flow rate of the fluid and expand technological capabilities by providing measurements of the parameters of the flow of fluid flowing in pressure pipelines of complex configuration, with a variable cross-section and with axisymmetric and non-axisymmetric flows.

Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что в заявленном способе измерения расхода жидкости в напорных трубопроводах с переменным поперечным сечением и с осесимметричным потоком, акустическим преобразователем, через центр поперечного сечения трубопровода излучают ультразвуковой импульс под углом к направлению потока жидкости и против направления потока, измеряют время прохождения ультразвукового импульса в обоих направлениях, вычисляют среднюю скорость движения потока в трубопроводе, измеряют диаметр трубопровода в плоскости его поперечного сечения, проходящей через точку пересечения оси потока и луча распространения ультразвуковых импульсов, и определяют расход жидкости.The achievement of the specified technical result is ensured by the fact that in the claimed method of measuring fluid flow in pressure pipelines with a variable cross-section and with an axisymmetric flow, an acoustic transducer, an ultrasonic pulse is emitted through the center of the cross-section of the pipeline at an angle to the direction of flow of the fluid and against the direction of flow, measure time the passage of the ultrasonic pulse in both directions, calculate the average velocity of the flow in the pipeline, measure the diameter t uboprovoda in its cross-sectional plane passing through the point of intersection of the axis of flow and the ultrasonic pulses propagation path, and determine the liquid flow.

В другом варианте способа при измерении расхода жидкости при не осесимметричных потоках жидкости используют две пары акустических преобразователей, каждая из которых излучает и принимает ультразвуковой импульс, направленный через центр поперечного сечения трубопровода под углом к направлению движения потока жидкости и в обратном направлении, измеряют время распространения ультразвуковых импульсов, при этом пары акустических преобразователей располагают на продольных взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через ось трубопровода, причем пересечение лучей распространения ультразвуковых импульсов обеспечивается либо в одной точке, на оси трубопровода, либо в двух с разнесением вдоль оси, вычислением средней скорости потока в каждой плоскости и определении расхода в виде среднего значения расходов в плоскостях расположения каждой пары акустических преобразователейIn another embodiment of the method, when measuring fluid flow with non-axisymmetric fluid flows, two pairs of acoustic transducers are used, each of which emits and receives an ultrasonic pulse directed through the center of the cross section of the pipeline at an angle to the direction of movement of the fluid flow and in the opposite direction, and measure the propagation time of ultrasonic pulses, while pairs of acoustic transducers are placed on longitudinal mutually perpendicular planes passing through the axis of the pipes wires, wherein the intersection of the ray propagation of the ultrasonic pulses provided either at one point on the pipe axis, or in two diversity technique along axis calculating the average flow velocity in each plane, and determining the flow rate as an average costs in arrangement planes of each pair of acoustic transducers

На фиг.1 представлена эпюра скоростей при осесимметричном течении.Figure 1 presents the plot of speeds in an axisymmetric flow.

На фиг.2 приведена принципиальная схема определения средней скорости потока по диаметру поперечного сечения трубопровода.Figure 2 shows a schematic diagram for determining the average flow rate by the diameter of the cross section of the pipeline.

На фиг.3 показан конический участок трубопровода.Figure 3 shows a conical section of the pipeline.

На фиг.4 приведены зависимости коэффициентов полных потерь в диффузорном канале от числа Рейнольдса.Figure 4 shows the dependence of the total loss coefficients in the diffuser channel on the Reynolds number.

На фиг.5, 6 и 7 показаны поля скоростей, образующихся после колен.Figures 5, 6 and 7 show the velocity fields formed after the knees.

На фиг.8 показан метод определения эпюр скоростей при не осесимметричном сечении.On Fig shows a method for determining velocity plots for non-axisymmetric cross-section.

На фиг.9 приведена принципиальная схема определения расхода для не осесимметричных течений в напорных трубопроводах.Figure 9 shows a schematic diagram of determining the flow rate for non-axisymmetric flows in pressure pipelines.

На фиг.10 показана схема размещения двух пар акустических преобразователей при определении расхода для не осесимметричных течений.Figure 10 shows the layout of two pairs of acoustic transducers when determining the flow rate for non-axisymmetric flows.

На фиг.11 приведена схема створов размещения акустических преобразователей в диффузоре на действующей установке.Figure 11 shows a diagram of the arrays of placement of acoustic transducers in a diffuser on an existing installation.

Осесимметричные течения в трубах образуются при прямолинейных протяженных участках с длинами не менее 15 диаметров до створа измерения расходов и 5 диаметров после него.Axisymmetric flows in pipes are formed in rectilinear extended sections with lengths of at least 15 diameters up to the flow measuring target and 5 diameters after it.

Экспериментальные исследования, выполненные для этих условий, показали, что профиль скоростей по диаметру трубопровода при отсчете по оси X от центра к стенке подчиняется степенному закону в виде:Experimental studies performed for these conditions showed that the velocity profile along the diameter of the pipeline when counting along the X axis from the center to the wall obeys a power law in the form:

Figure 00000002
Figure 00000002

где v - величина скорости на расстоянии X от центра поперечного сечения трубопровода (см. фиг.1),where v is the magnitude of the speed at a distance X from the center of the cross section of the pipeline (see figure 1),

U0 - максимальная скорость в центре поперечного сечения трубопровода,U 0 - maximum speed in the center of the cross section of the pipeline,

х - расстояние от центра,x is the distance from the center,

R0 - радиус поперечного сечения трубопровода.R 0 is the radius of the cross section of the pipeline.

Объем тела вращения (фиг.1), выражающий расход Q, определяется двойным интегралом в виде:The volume of the body of revolution (Fig. 1), expressing the flow rate Q, is determined by the double integral in the form:

Figure 00000003
Figure 00000003

Это выражение после преобразования получает вид:This expression after conversion takes the form:

Figure 00000004
Figure 00000004

где m - показатель степени, зависящий от числа Рейнольдса (таблица 1).where m is an exponent depending on the Reynolds number (table 1).

Таблица 1Table 1 ReRe 4×103 4 × 10 3 105 10 5 106 10 6 >106 > 10 6 mm 1/61/6 1/71/7 1/91/9 1/101/10

Средняя скорость по любому диаметру поперечного сечения трубопровода равна:The average speed for any diameter of the cross section of the pipeline is:

Figure 00000005
Figure 00000005

Это свойство для условий осесимметричного течения широко используется в системах ультразвуковых измерений объемных расходов жидкостей.This property for conditions of axisymmetric flow is widely used in systems of ultrasonic measurements of volumetric flow rates of liquids.

На фиг.2 приведена принципиальная схема определения средней скорости по диаметру поперечного сечения трубопровода, в соответствии с которой акустические преобразователи установлены в точках а (АП1) и б (АП2) и работают попеременно в режиме приемник-излучатель.Figure 2 shows a schematic diagram of determining the average speed by the diameter of the cross section of the pipeline, in accordance with which the acoustic transducers are installed at points a (AP1) and b (AP2) and operate alternately in the receiver-emitter mode.

Времена распространения ультразвукового импульса от точки "б" к точке "а" (t1) и от точки "а" к точке "б" (t2) могут быть представлены в виде:The propagation times of the ultrasonic pulse from point b to point a (t 1 ) and from point a to point b (t 2 ) can be represented as:

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

где La - длина активной части акустического луча, м (от точки "а" до точки "б);where L a is the length of the active part of the acoustic beam, m (from point "a" to point "b);

С0 - скорость ультразвука в неподвижной воде, м/с;With 0 - the speed of ultrasound in still water, m / s;

t1 и t2 - время распространения ультразвукового импульса по потоку и против него, с;t 1 and t 2 - the propagation time of the ultrasonic pulse along the stream and against it, s;

Vnp - средняя скорость проекций осевых скоростей на акустический луч, определяемая по формуле:V np is the average velocity of the projections of axial velocities onto the acoustic beam, determined by the formula:

из уравнений (4) и (5), учитывая, чтоfrom equations (4) and (5), given that

Figure 00000008
Figure 00000008

Техническими средствами ультразвуковых расходомеров производится измерение величин t1 и t2.The technical means of ultrasonic flow meters measure t 1 and t 2 .

Средняя скорость по диаметру поперечного сечения водовода определяется вычислением по формуле: Vcp=Vnp/cos (α) или после преобразования из выражения:The average speed along the diameter of the cross section of the water conduit is determined by the calculation according to the formula: V cp = V np / cos (α) or after conversion from the expression:

Figure 00000009
Figure 00000009

Вычисление расхода выполняется в видеThe calculation of the flow rate is performed as

Figure 00000010
Figure 00000010

где Кk - коэффициент коррекции, величина которого составляет 0,92-1.1where K k is the correction coefficient, the value of which is 0.92-1.1

(значение коэффициента коррекции от единицы и выше может быть получено, если акустический лус трассируется не через ось трубопровода, а по хорде, поскольку теоретически при постоянстве скоростей по всему сечению трубопровода коэффициент коррекции равен единице);(the value of the correction coefficient from one or higher can be obtained if the acoustic luz is traced not along the axis of the pipeline, but along the chord, since theoretically, at a constant speed over the entire cross section of the pipeline, the correction coefficient is unity);

F - площадь сечения трубопровода (F=πR2).F is the cross-sectional area of the pipeline (F = πR 2 ).

Предлагаемый способ измерения объемных расходов в конических переходах трубопроводов базируется на следующих результатах исследований.The proposed method for measuring volumetric flow in conical transitions of pipelines is based on the following research results.

Свободная турбулентность может развиваться струей, образованной жидкостью, истекающей из круглой трубы в большой объем той же жидкости.Free turbulence can develop by a jet formed by a fluid flowing from a round pipe into a large volume of the same fluid.

Установлено, что угол расширения струи не зависит от рода жидкости в струе и окружающем пространстве, если отсутствуют эффекты сжимаемости и кавитации. Отсюда следует, что осредненное движение и большие масштабы турбулентности не зависят от плотности, вязкости и числа Рейнольдса при условии, что последнее достаточно велико, чтобы обеспечить полностью турбулентное движение. Профили скоростей разных сечений такой струи, хотя и различны по ширине и высоте, имеют подобную форму и могут быть сведены в безразмерных координатах к единственной кривой.It has been established that the angle of expansion of the stream does not depend on the type of liquid in the stream and the surrounding space if there are no compressibility and cavitation effects. It follows that the averaged motion and large scales of turbulence are independent of the density, viscosity, and Reynolds number, provided that the latter is large enough to ensure completely turbulent motion. The velocity profiles of different sections of such a jet, although varying in width and height, have a similar shape and can be reduced in dimensionless coordinates to a single curve.

Эти выводы справедливы и для случая течения жидкости в коническом переходе, если угол раскрытия конуса не превышает угла раскрытия свободной струи при числе Рейнольдса, обеспечивающем полное развитие турбулентного течения.These conclusions are also valid for the case of fluid flow in a conical transition, if the cone’s opening angle does not exceed the free-stream opening angle at the Reynolds number, which ensures the full development of the turbulent flow.

На фиг.3 показан конический участок трубопровода с углом раскрытия α.Figure 3 shows a conical section of the pipeline with an opening angle α.

Расчетный диаметр D0, величина которого вводится в формулу (8) определения расхода, определяется в поперечном сечении, проходящем через точку 0 пересечения акустического луча с осью конуса. Сечения с диаметрами D1 и D2 размещаются на расстояниях L1 и L2:The calculated diameter D 0 , the value of which is introduced in the formula (8) for determining the flow rate, is determined in the cross section passing through the point 0 of the intersection of the acoustic beam with the axis of the cone. Sections with diameters D 1 and D 2 are placed at distances L 1 and L 2 :

Figure 00000011
Figure 00000011

а размер диаметров определяется по выражениям:and the size of the diameters is determined by the expressions:

Figure 00000012
Figure 00000012

Длины участков l0-1 и l0-2 акустического луча будут различны, а именно: l0-2>l0-1 - для течений как в диффузоре, так и в конфузоре.The lengths of sections l 0-1 and l 0-2 of the acoustic beam will be different, namely: l 0-2 > l 0-1 - for flows both in the diffuser and in the confuser.

Однако средние величины скоростей будут равны. Это следует из приведенных выражений:However, the average speeds will be equal. This follows from the above expressions:

- средняя скорость на участке l0-1:- the average speed on the plot l 0-1 :

Figure 00000013
Figure 00000013

После раскрытия интеграла v0-1=V0/m+1After the expansion of the integral, v 0-1 = V 0 / m + 1

- средняя скорость на участке l0-2 - the average speed in the area l 0-2

Figure 00000014
Figure 00000014

После раскрытия интеграла v0-2=V0/m+1.After the expansion of the integral, v 0-2 = V 0 / m + 1.

В формулах (11) и (12) отсчет х по длинам l производился в направлении от стенки трубопровода к центру (к точке 0).In formulas (11) and (12), counting x over lengths l was carried out in the direction from the pipeline wall to the center (to point 0).

Угол трассировки акустического луча β обычно рекомендуется принимать равным 45°, но его можно и изменить в соответствии с конкретными условиями конструкции трубопровода.Acoustic ray tracing angle β is usually recommended to be equal to 45 °, but it can also be changed in accordance with the specific conditions of the pipeline construction.

Угол раскрытия конуса α принимается не более 5-7° как для конических участков трубопровода, так и для различного рода насадок.The cone opening angle α is taken no more than 5-7 ° both for conical sections of the pipeline and for various nozzles.

На фиг.4 приведены зависимости коэффициентов полных потерь в диффузорном канале от числа Рейнольдса. При Re≈3×103 и выше процесс турбулизации потока захватывает область неоторвавшегося пограничного слоя, что увеличивает его сопротивляемость отрыву (при α=7° отрыв ликвидируется).Figure 4 shows the dependence of the total loss coefficients in the diffuser channel on the Reynolds number. At Re≈3 × 10 3 and higher, the process of turbulization of the flow captures the region of the uninterrupted boundary layer, which increases its resistance to separation (at α = 7 °, separation is eliminated).

При α=15° и Re=105÷2×105 происходит отрыв турбулентного пограничного слоя и потери возрастают. Диапазон углов раскрытия диффузоров 10°<α<15° определяет группу диффузоров с неустойчивым характером течения.At α = 15 ° and Re = 10 5 ÷ 2 × 10 5 , the turbulent boundary layer breaks off and the losses increase. The range of diffuser opening angles of 10 ° <α <15 ° defines a group of diffusers with an unstable flow pattern.

Активное влияние числа Re практически прекращается при Re=2×105. При числах Рейнольдса Re>2×105 устанавливается область автомодельности.The active influence of the Re number practically ceases at Re = 2 × 10 5 . For Reynolds numbers Re> 2 × 10 5 , a self-similarity region is established.

При проектировании гидравлических систем, в состав которых входят конические участки, обычно назначаются углы раскрытия от α=5° до α=7°, что обеспечивает безотрывные течения.When designing hydraulic systems, which include conical sections, opening angles from α = 5 ° to α = 7 ° are usually assigned, which ensures continuous flows.

Таким образом, при больших числах Рейнольдса и осесимметричном потоке в конических переходах точное измерение расхода обеспечивается направлением ультразвукового импульса под углом к направлению потока жидкости и обратно с пересечением оси водовода, измерением времени прохождения ультразвукового импульса, вычислением средней скорости потока в трубопроводе, измерением диаметра трубопровода в плоскости его поперечного сечения, проходящего через точку пересечения оси водовода и луча ультразвукового импульса, а расход определяется какThus, for large Reynolds numbers and an axisymmetric flow in conical transitions, accurate flow measurement is ensured by directing the ultrasonic pulse at an angle to the direction of the fluid flow and back with the intersection of the conduit axis, measuring the transit time of the ultrasonic pulse, calculating the average flow rate in the pipeline, and measuring the diameter of the pipeline in the plane of its cross section passing through the point of intersection of the axis of the conduit and the beam of the ultrasonic pulse, and the flow rate is determined by to

Q=KkVсрπD02/4, при этом D0≠(D1+D2)/2.Q = K k V 0 cf. πD 2/4, wherein D 0 ≠ (D 1 + D 2) / 2.

He осесимметричные течения образуются после местных гидравлических сопротивлений таких, как задвижка, шаровой клапан, колено, тройники и их сочетания.He axisymmetric flows are formed after local hydraulic resistances such as gate valve, ball valve, elbow, tees and their combinations.

На фиг.5, 6 и 7 показаны поля скоростей, образующиеся после колен. На фиг.5, в частности, изображено поле скоростей в напорном трубопроводе Вазузской гидро-технической системы. Сечение удалено на расстояние 6,6 D трубопровода от оси насоса и колена. Область максимальных скоростей смещена от оси трубопровода примерно на половину радиуса.Figure 5, 6 and 7 shows the velocity field formed after the knees. Figure 5, in particular, shows the velocity field in the pressure pipe of the Vazuz hydro-technical system. The section is removed at a distance of 6.6 D of the pipeline from the axis of the pump and elbow. The region of maximum speeds is offset from the axis of the pipeline by about half the radius.

На фиг.6 показано поле скоростей за коленом всасывающей трубы перед входом в рабочее колесо насоса ОП-11-135. В этом случае также область максимальных скоростей смещена примерно на половину радиуса.Figure 6 shows the velocity field behind the elbow of the suction pipe before entering the impeller of the pump OP-11-135. In this case, the region of maximum velocities is also shifted by about half the radius.

На фиг.7 приведено поле скоростей после колена на входе в сифонный водовыпуск. Здесь область максимальных скоростей также смещена на ту же половину радиуса.Figure 7 shows the velocity field after the knee at the entrance to the siphon outlet. Here, the region of maximum velocities is also shifted by the same half of the radius.

В таблице 2 приведены средние величины скоростей в сечениях, обозначенных с шагом по углу через 22,5° (фиг.7). Если производить определение средней величины скорости только по одному сечению, то ошибка может достигнуть 0,76%. При использовании определения средней величины скорости по двум взаимно перпендикулярным диаметрам ошибка снижается в 3,5 раза и более (см. таблицу 3).Table 2 shows the average values of the velocities in sections, indicated in increments of the angle through 22.5 ° (Fig.7). If you determine the average value of the speed in only one section, then the error can reach 0.76%. When using the definition of the average velocity for two mutually perpendicular diameters, the error decreases by 3.5 times or more (see table 3).

На фиг.8 показан метод теоретического определения эпюр скоростей при не осесимметричном течении. Местоположение точки с максимальной величиной скорости V0 на радиусе определяется выражением (1-n)R0, где n может меняться от нуля до единицы. Знак минус в выражениии RB (см. фиг.8) принимается при угле А от нуля до 90°, а знак плюс - при угле А, начиная с А=90° до 180°. Средняя скорость на радиусе R0 равнаOn Fig shows a method for the theoretical determination of velocity plots in a non-axisymmetric flow. The location of the point with the maximum velocity V 0 on the radius is determined by the expression (1-n) R 0 , where n can vary from zero to one. The minus sign in the expression R B (see Fig. 8) is taken at an angle A from zero to 90 °, and the plus sign at an angle A, starting from A = 90 ° to 180 °. The average speed at a radius of R 0 is equal to

Figure 00000015
Figure 00000015

Средняя скорость на диаметре 2R0 можно определить по выражению:The average speed at a diameter of 2R 0 can be determined by the expression:

Figure 00000016
Figure 00000016

Подинтегральная функция в выражении (15) не сводится к элементарным функциям, т.е. данный интеграл относится к эллиптическому виду, решаемому численными методами.The integrand in expression (15) cannot be reduced to elementary functions, i.e. this integral refers to the elliptic form solved by numerical methods.

В таблице 5 приведены результаты таких вычислений при R0=1, v0=1, n=0.5, m=0.1 (Re>106). Теоретические расчеты достаточно хорошо подтверждают экспериментальные данные (таблица 3),Table 5 shows the results of such calculations for R 0 = 1, v 0 = 1, n = 0.5, m = 0.1 (Re> 10 6 ). Theoretical calculations quite well confirm the experimental data (table 3),

Таблица 2table 2 Средние величины скоростей по сечениям (фиг.7 - экспериментальные данные)The average values of the velocities in sections (Fig.7 - experimental data) № сеченияSection number Угол α°Angle α ° Скорость Vcp Speed V cp Отклонение %Deviation% 1one 00 0,85420.8542 +0,32+0.32 22 22,522.5 0,85320.8532 +0,20+0.20 33 45,045.0 0,85170.8517 -0,02-0.02 4four 67,567.5 0,85000.8500 -0,18-0.18 55 90,090.0 0,84500.8450 -0,76-0.76 66 112,5112.5 0,84920.8492 -0,27-0.27 77 135,0135.0 0,85320.8532 +0,20+0.20 88 157,5157.5 0,85580.8558 +0,50+ 0.50

ΣVcp/8=0.8515ΣV cp /8=0.8515

Таблица 3Table 3 Средние величины скорости по двум взаимно перпендикулярным плоскостям (по результатам таблицы 3)Average values of speed along two mutually perpendicular planes (according to the results of table 3) № сеченийSection No. Vcp V cp ОтклонениеDeviation 1 и 51 and 5 0,84960.8496 -0,22-0.22 2 и 62 and 6 0,85120.8512 -0,04-0.04 3 и 73 and 7 0,85240.8524 +0,11+0.11 4 и 84 and 8 0,85290.8529 +0,16+0.16

ΣVcp/4=0.8515ΣV cp /4=0.8515

Таблица 4Table 4 Средние величины скоростей по сечениям (расчет)Average values of velocities over sections (calculation) № сеченияSection number Угол α°Angle α ° Скорость Vcp Speed V cp Отклонение %Deviation% 1one 00 0,91340.9134 +0,47+0.47 22 22,522.5 0,91260.9126 +0,38+0.38 33 45,045.0 0,90910.9091 0,000.00 4four 67,567.5 0,90810.9081 -0,11-0.11 55 90,090.0 0,90480.9048 -0,47-0.47 66 112,5112.5 0,90560.9056 -0,38-0.38 77 135,0135.0 0,90910.9091 0,000.00 88 157,5157.5 0,91010.9101 +0,11+0.11

ΣVcp/8=0.9091ΣV cp /8=0.9091

Таблица 5Table 5 Средние величины скорости по двум взаимно перпендикулярным плоскостям (по результатам таблицы 4)Average values of speed along two mutually perpendicular planes (according to the results of table 4) № сеченийSection No. Vcp V cp Отклонение %Deviation% 1 и 51 and 5 0,90910.9091 00 2 и 62 and 6 0,90910.9091 00 3 и 73 and 7 0,90910.9091 00 4 и 84 and 8 0,90910.9091 00

ΣVcp/4=0.9091ΣV cp /4=0.9091

В таблице 5 приведены средние величины скорости по двум взаимно перпендикулярным сечениям. В этом случае погрешность определения средней величины скорости равна нулю, если не принимать во внимание погрешность технических средств измерений.Table 5 shows the average values of speed over two mutually perpendicular sections. In this case, the error in determining the average velocity is zero, if you do not take into account the error of the technical means of measurement.

Рассмотренные результаты экспериментальных исследований и расчетов позволяют установить, что:The considered results of experimental studies and calculations allow us to establish that:

- точное определение расхода не осесимметричных потоков можно обеспечить, применяя измерение средних величин скорости по взаимно перпендикулярным плоскостям;- an accurate determination of the flow rate of non-axisymmetric flows can be ensured by measuring average velocity values along mutually perpendicular planes;

- при этом взаимно перпендикулярные плоскости могут быть размещены в поперечном сечении произвольно;- while mutually perpendicular planes can be placed in a cross section arbitrarily;

- погрешность определения расхода зависит только от погрешностей применяемых технических средств, при этом расход жидкости определяется как среднее значение расхода расходов в указанных плоскостях.- the error in determining the flow rate depends only on the errors of the applied technical means, while the fluid flow rate is determined as the average value of the flow rate in the indicated planes.

Практическое решение разработанного метода определения объемного расхода жидкости может быть реализовано путем применения ультразвуковых расходомеров.A practical solution to the developed method for determining the volumetric flow rate of a liquid can be implemented by using ultrasonic flow meters.

На фиг.10 показано размещение двух пар акустических преобразователей во взаимно перпендикулярных плоскостях.Figure 10 shows the placement of two pairs of acoustic transducers in mutually perpendicular planes.

Здесь возможны два варианта применения технических средств измерения.There are two possible applications of technical means of measurement.

По одному из них допускается пересечение двух акустических лучей на оси водовода в одной точке (точка О, фиг.10а). В этом случае, чтобы избежать взаимного влияния акустических лучей, технические средства должны обеспечить синхронизацию попеременной работы каждой пары акустических преобразователейOne of them allows the intersection of two acoustic rays on the axis of the conduit at one point (point O, figa). In this case, in order to avoid the mutual influence of acoustic rays, technical means must ensure synchronization of the alternating operation of each pair of acoustic transducers

В другом случае точки пересечения акустических лучей с осью водовода разнесены на величину ΔL (фиг.106), что позволяет применить два независимых комплекта технических средств.In another case, the intersection points of the acoustic rays with the axis of the conduit are spaced apart by ΔL (Fig. 106), which allows the use of two independent sets of technical means.

На фиг.11 приведена схема створов размещения акустических преобразователей в диффузоре на действующей установке. Угол раскрытия диффузора равен 6,14°. Точки пересечения акустических лучей с осью диффузора разнесены на ΔL=150 мм. Разбивка створов размещения акустических преобразователей выполнена по уравнениям (9) и (10). Луч акустических преобразователей АП3 и АП4 на фиг.10 повернут на 90° и показан условно в плоскости луча АП1-АП2.Figure 11 shows a diagram of the arrays of placement of acoustic transducers in a diffuser on an existing installation. The opening angle of the diffuser is 6.14 °. The intersection points of the acoustic rays with the axis of the diffuser are spaced ΔL = 150 mm. The breakdown of the placement of acoustic transducers made according to equations (9) and (10). The beam of the acoustic transducers AP3 and AP4 in figure 10 is rotated 90 ° and is shown conditionally in the plane of the beam AP1-AP2.

Измерения расхода производились расходомерами типа UFM-005, т.е. двумя независимыми системами. Результаты измерений передавались на сумматор типа СИК-4. На сумматоре выполнялось автоматическое суммирование двух результатов измерений, а сумма делилась пополам. Эта система измерений расхода введена в опытную эксплуатацию в октябре 2004 года.Flow measurements were made by flow meters of the UFM-005 type, i.e. two independent systems. The measurement results were transmitted to the SIK-4 type adder. On the adder, the automatic summation of the two measurement results was performed, and the sum was divided in half. This flow measurement system was put into trial operation in October 2004.

В таблице 6 дается сравнение результатов опытов с расчетами (отношение максимальных средних величин к минимальным)Table 6 compares the results of the experiments with the calculations (the ratio of the maximum average to minimum)

Таблица 6Table 6 НаименованиеName Средняя величина скорости по сечению с Vмакс (расчет и модель - в относительных единицах, натура - в м3/час)The average value of the cross-sectional velocity with V max (calculation and model in relative units, nature in m 3 / h) Средняя величина скорости по взаимно перпендикулярным сечениямThe average value of speed along mutually perpendicular sections Отношение величин (2)/(3)Value Ratio (2) / (3) Отклонения в %Deviations in% РасчетPayment 0,91340.9134 0,90480.9048 1,00951,0095 -0,04-0.04 Опыт на моделиModel Experience 0,85420.8542 0,84500.8450 1,01091,0109 +0,10+0.10 Опыт на действующей установкеExperience on an existing installation 76307630 75607560 1,00931,0093 -0,06-0.06

По этим параметрам также отмечается близкое совпадение опытных данных с расчетами, что обусловливает высокую точность измерения при реализации способа на практике.For these parameters, there is also a close coincidence of the experimental data with the calculations, which leads to high measurement accuracy when implementing the method in practice.

Claims (2)

1. Способ измерения объемных расходов жидкости в конических переходах напорных трубопроводов с осесимметричным потоком, заключающийся в излучении акустическим преобразователем через центр поперечного сечения трубопровода ультразвукового импульса под углом к направлению движения потока и в обратном направлении, измерении времени прохождения ультразвукового импульса в обоих направлениях, вычислении средней скорости потока Vcp в трубопроводе, измерении диаметра трубопровода D0 в плоскости поперечного сечения, проходящей через точку пересечения оси трубопровода и луча распространения ультразвуковых импульсов, и определении расхода жидкости по формуле1. The method of measuring the volumetric flow rates of fluid in the conical transitions of pressure pipelines with an axisymmetric flow, which consists in emitting an acoustic transducer through the center of the cross section of the pipeline of the ultrasonic pulse at an angle to the direction of flow and in the opposite direction, measuring the transit time of the ultrasonic pulse in both directions, calculating the average the flow rate V cp in the pipeline, measuring the diameter of the pipeline D 0 in the plane of the cross section passing through point p intersection of the axis of the pipeline and the beam of propagation of ultrasonic pulses, and the determination of fluid flow by the formula Q=KkVсрπD02/4,Q = K k V 0 cf. πD 2/4, где Kk - коэффициент коррекции.where K k is the correction factor. 2. Способ измерения объемных расходов жидкости в напорных трубопроводах с неосесимметричным потоком, заключающийся в использовании двух пар акустических преобразователей, каждая из которых излучает и принимает ультразвуковой импульс, направленный через центр поперечного сечения трубопровода под углом к направлению движения потока жидкости и в обратном направлении, измерении времени распространения ультразвуковых импульсов от каждой пары акустических преобразователей, при этом пары акустических преобразователей расположены на продольных взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через ось трубопровода, причем пересечение лучей распространения ультразвуковых импульсов обеспечивается либо в одной точке, лежащей на оси трубопровода, либо в двух точках с разнесением вдоль оси, измерении средней скорости движения потока в каждой плоскости и определении расхода как среднего значения расходов в плоскостях расположения каждой пары акустических преобразователей.2. A method for measuring the volumetric flow rates of liquid in pressure pipelines with an axisymmetric flow, which consists in using two pairs of acoustic transducers, each of which emits and receives an ultrasonic pulse directed through the center of the cross section of the pipeline at an angle to the direction of movement of the fluid flow and in the opposite direction, measuring the propagation time of ultrasonic pulses from each pair of acoustic transducers, while the pairs of acoustic transducers are located on mutually perpendicular planes passing through the axis of the pipeline, and the intersection of the propagation rays of ultrasonic pulses is provided either at one point lying on the axis of the pipeline, or at two points spaced along the axis, measuring the average flow velocity in each plane and determining the flow rate as the average value costs in the planes of the location of each pair of acoustic transducers.
RU2005136467/28A 2005-11-24 2005-11-24 Method for measuring liquid volume discharge in pressure pipelines RU2298768C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005136467/28A RU2298768C1 (en) 2005-11-24 2005-11-24 Method for measuring liquid volume discharge in pressure pipelines

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005136467/28A RU2298768C1 (en) 2005-11-24 2005-11-24 Method for measuring liquid volume discharge in pressure pipelines

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2298768C1 true RU2298768C1 (en) 2007-05-10

Family

ID=38107946

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005136467/28A RU2298768C1 (en) 2005-11-24 2005-11-24 Method for measuring liquid volume discharge in pressure pipelines

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2298768C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117433596A (en) * 2023-12-21 2024-01-23 成都洋湃科技有限公司 Waist-type throttling light quantum miscible-phase flowmeter

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117433596A (en) * 2023-12-21 2024-01-23 成都洋湃科技有限公司 Waist-type throttling light quantum miscible-phase flowmeter
CN117433596B (en) * 2023-12-21 2024-03-01 成都洋湃科技有限公司 Waist-type throttling light quantum miscible-phase flowmeter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2962073B1 (en) Ultrasonic flow metering with laminar to turbulent transition flow control
US4365518A (en) Flow straighteners in axial flowmeters
US8590397B2 (en) Ultrasonic flow meter including a transducer having conical face
US10488237B2 (en) Measurement apparatus for measuring a flow rate of a fluid
RU2298768C1 (en) Method for measuring liquid volume discharge in pressure pipelines
RU2502054C1 (en) Ultrasonic flow meter
US9995614B2 (en) Fluid flow rate measuring device including a diverting unit for diverting the flow into a measuring section
RU2715086C1 (en) Ultrasonic flowmeter
KR100935876B1 (en) Method of measuring flow velocity by ultrasonic waves and method of measuring flux by ultrasonic waves
KR100562266B1 (en) Methode of measuring fluid velocity in ultrasonic multi-beam flowmeter by double integral calculus
RU2331851C2 (en) Ultrasonic flow metre
JPH10239125A (en) Ultrasonic flowmeter
RU118744U1 (en) ULTRASONIC FLOW METER
KR100793088B1 (en) Ultrasonic multi circuit speed measurement, ultrasonic multi circuit flow measurement and ultrasonic distance measurement
CN205861133U (en) Venturi double difference pressure ultrasonic flow rate measurement apparatus
JP2956804B2 (en) Ultrasonic flow meter
RU2772621C1 (en) Device and method for ultrasonic measurement of flow rate and fluid flow rate
KR100993617B1 (en) Clamp on typed multi-path ultrasonic flowmeter
JP2000234946A (en) Pulse-doppler-type ultrasonic current meter and ultrasonic flowmeter
RU6889U1 (en) ELECTROACOUSTIC CONVERTER OF FLOW METER
CN219608117U (en) Balanced nozzle and flowmeter
JP4188386B2 (en) Ultrasonic flow meter
CN105890684A (en) Novel setting method for determining sound channel positions by adopting Gauss-Jacobi polynomial
CN106908105A (en) A kind of spiral ultrasonic flow sensor
RU22997U1 (en) SENSOR FOR ULTRASONIC FLOW METER

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20071125